El mercado de los nanosatélites, claves para el éxito

Según el análisis anual de Spaceworks, en los últimos 5 años (2013-2017) se lanzaron cerca 700 nanosatélites (

Se trata de una tasa muy elevada que requiere algunos matices, como veremos más adelante, pero que nos lleva al porqué. ¿Dónde está el problema?¿Se trata de la tecnología o acaso es el uso que se hace de ella?

¿Por qué nanosatélites?

Los grandes satélites deben su tamaño, en buena parte, a que grande es su cometido. Satélites de comunicaciones con altas tasas de velocidad, no solo requieren grandes antenas o amplificadores sino que demandan una gran potencia, lo que se traduce en mayores baterías y más paneles solares. Lo mismo ocurre con los satélites de observación de la tierra que requieren de grandes cámaras y transmisores, sistemas de apuntamiento, etc. Todo ello incrementa el coste, y por tanto, el riesgo en caso de fallo. Para reducir riesgos se recurre a sistemas redundantes, componentes específicos para espacio, y por supuesto infinidad de tests. El resultado son años de desarrollo y cientos de millones de euros invertidos en un único satélite. Se trata de un juego de todo o nada.

Los nanosatélites surgen como una alternativa barata para el acceso al espacio. Favorecidos por la miniaturización cada vez mayor de la electrónica, inicialmente tenían un fuerte carácter educativo, con el que muchas universidades o centros de investigación podían probar la tecnología y formar a sus alumnos. Los nanosatélites usan componentes comerciales (COTS), que en muchos casos no están preparados para el espacio. Tampoco implementan sistemas de redundancia en caso de que algo falle, reduciendo así su complejidad y coste. Su lanzamiento masivo en constelaciones ya no es un juego de todo o nada. El nivel de redundancia que ofrece una constelación sumado a los bajos costes y tiempos de de reposición permiten asumir un mayor riesgo de fallo.

Lo que comenzó como una demostración tecnológica, se está convirtiendo en un modelo de negocio. Ya existen empresas explotando comercialmente las capacidades de los nanosatélites. La previsión de lanzamientos de nanosatélites para 2018, según Spaceworks, es de cerca de unos 400, llegando a los casi 700 en 2022. Sin embargo, a pesar de que los datos indican una tecnología suficientemente madura para su uso comercial, sigue habiendo una alta tasa de mortalidad en los nanosatélites. ¿Dónde está el problema?

Porcentaje de éxito

Una gran base de datos recogida por Michael Swartwout (Universidad de Saint Louis) recoge información acerca del porcentaje de fallos de los nanosatélites. En el periodo 2000-2016, de todos los lanzamientos cerca del 70% no cumplieron su misión. El 24% ni siquiera llegó vivo a la órbita (DOA, Dead On Arrival), el 22% se perdió al poco tiempo y el 25.3% no completó su misión. Tan solo el 17.2% si completo la misión mientras que se desconoce el estado del otro 11.1%.

Dicho informe arroja cierto optimismo pues si bien en las primeras misiones la tasa de fallo era del 50%, todos DOA, en el periodo 2010-2015 el número de DOA bajó al 8.5%. El cumplimiento íntegro de la misión sigue siendo un reto complicado, pues tan solo el 14.6% de los nanosatélites lo hicieron en ese periodo pero también es cierto que se desconoce por falta de datos un 31.7%. Cabe destacar que si tenemos en cuenta sólo a Universidades y/o Centros de Investigación (menos recelosos de dar estas estadísticas que las empresas), la mejoría es mucho menor con respecto al año 2000. La tasa de DOA era por aquel entonces del 70 % mientras que en el periodo 2010-2015, tan solo bajó al 41.5%.

El problema y cómo enfrentarlo

Según un estudio de Catherine C. Venturini de Junio de 2017, preparado para el Space and Missile Systems Center, California, a través del cual se fueron entrevistados agentes académicos, gubernamentales e industria, casi el 45% de los fallos pudieron haber sido evitados con más tests en tierra. Otro 45% de los fallos fueron resultado de errores de diseño mientras que el restante 10% es atribuible a los componentes comerciales (COTS). Sin contar con el riesgo que se corre con los COTS, inherente al mundo de los nanosatélites, llama la atención que el 90% por ciento de los problemas pudo haberse evitado en tierra.

¿Y qué hay de los COTS? Cualquier nanosatélite consta de los mismos subsistemas básicos como el EPS, OBC, TTC y la payload (PL), además de la estructura o antenas. ¿Cuál de ellos es más propenso a fallos?¿Cuál merece una revisión especial tanto a la hora de diseño como la fase de testing? Un informe [4] de Martin Langer (Instituto de astronáutica de la universidad de Munich), presentado en la 30 edición de la conferencia de pequeños satélites en Utah , estudia los subsistemas causantes de fallos a lo largo del tiempo.

De las gráficas se extraen las siguientes conclusiones. El sistema eléctrico de potencia (EPS) es el principal causante de fallos durante las primeras etapas de un nanosatélite. Hay un elevado porcentaje de fallos desconocidos en DOA (t = 0 días), principalmente porque el satélite no consigue ni comunicar con tierra para enviar datos de telemetría . El EPS se extiende como principal causante durante los 90 primeros días, seguido del ordenador de abordo (OBC) y las comunicaciones o TTC (COM).

¿Que nos índica esto? Que un buen diseño del nanosatélite puede prevenir la mayor parte de los fallos. Puede que el EPS falle porque sí, o puede ser debido a una casuística no contemplada en tierra. De igual modo, una situación no prevista por el software en el OBC puede dar lugar a la pérdida de control del satélite.¿Solución? Un diseño meticuloso y una gran campaña de tests, tanto a nivel subsistema como a nivel satélite que aseguren una alta tasa de éxito. Recordemos que según los testimonio recogidos por Catherine C. Venturini, las causas de fallo se atribuyen en un 90% a falta de test o errores de diseño.

Conclusión

Los nanosatélites han abierto un nuevo paradigma en cuanto al acceso al espacio se refiere. Lo que antes era solamente accesible a grandes instituciones o empresas, ahora lo es para el resto del mundo. El uso de componentes comerciales (COTS) y la sencillez en su diseño respecto a los grandes satélites han reducido los costes y la demanda se ha disparado, haciendo que empresas tengan su modelo de negocio basado en nanosatélites. Estamos a las puertas de una revolución en el espacio, a la que se suma todo el sector, desde los que crean componentes hasta los que diseñan cohetes.

Sin embargo, aún estamos en los albores del uso de los nanosatélites, no hay un procedimiento definido a la hora de diseñar una misión, y empresas o instituciones sin experiencia pueden poner en riesgo su negocio ante la falta de conocimiento y formación. Debemos grabar en nuestra mente si queremos tener éxito las palabras diseño y test.

Todo aquello que podamos probar y testear en tierra, cualquier fallo que podamos detectar, es algo que podemos arreglar ya que una vez en el espacio, nada podremos hacer más que engrosar la cifra de millones de euros perdidos en el espacio.